6000개 외계행성에서 45개로 압축된 탐색 지도

천문학자들이 외계 생명체 탐색의 범위를 수천 개의 먼 세계에서 단 수십 개의 유망한 후보 행성으로 좁혔다. 이번 연구는 '우리는 우주에서 혼자인가'라는 과학계 최대 질문에 대한 보다 명확한 로드맵을 제시한다.

코넬대학교 칼 세이건 연구소의 리사 칼테네거(Lisa Kaltenegger) 교수가 이끄는 연구팀은 항성의 거주가능영역(Habitable Zone) 내에 위치한 45개의 암석형 외계행성을 선별했다. 거주가능영역이란 표면에 액체 상태의 물이 존재할 수 있는 온도 조건을 갖춘 궤도 영역을 의미한다. 현재까지 발견된 6000개 이상의 외계행성 중 이 행성들이 외계 생명체 탐색에 가장 유력한 후보로 꼽힌다.

연구팀은 유럽우주국(ESA)의 가이아(Gaia) 미션 데이터와 미 항공우주국(NASA) 외계행성 아카이브를 활용해 각 행성이 받는 항성 에너지량을 정밀하게 재추정했다. 이는 특정 세계가 생명체가 살기에 너무 뜨겁거나, 너무 춥거나, 혹은 적절한지를 판단하는 핵심 요소다.

거주 가능성의 한계를 묻다

이번 연구의 핵심은 단순히 어떤 행성에 생명체가 살 수 있는지를 묻는 것이 아니라, 거주 가능성의 한계가 어디인지를 규명하는 데 있다. 연구팀은 의도적으로 경계선에 있는 행성들을 목록에 포함시켰다.

공동 저자인 아비게일 볼(Abigail Bohl) 연구원은 "우리는 지구가 거주 가능하고 금성과 화성은 그렇지 않다는 것을 안다. 태양계를 기준점으로 삼아 금성과 화성이 받는 에너지 사이의 범위에 해당하는 외계행성을 탐색할 수 있다"고 설명했다.

볼 연구원은 "이 행성들을 관측하면 거주 가능성이 언제 상실되는지, 얼마나 많은 에너지가 과도한 것인지, 어떤 행성이 여전히 거주 가능한지 또는 애초에 거주 가능하지 않았는지를 이해하는 데 도움이 될 것"이라고 덧붙였다.

연구팀은 타원형 궤도를 가진 행성들도 고려 대상에 포함시켰다. 향후 연구를 통해 행성이 거주 가능성을 잃기 전까지 얼마나 큰 궤도 이심률을 가질 수 있는지 규명할 수 있을 것으로 기대된다.

외계 생명체 탐색의 역사적 맥락

외계행성 탐색의 역사는 1995년 최초의 외계행성 발견으로 거슬러 올라간다. 이후 2009년 발사된 NASA의 케플러(Kepler) 우주망원경이 수천 개의 외계행성을 발견하며 탐색에 혁명을 일으켰다. 2018년에는 TESS(Transiting Exoplanet Survey Satellite)가 케플러의 뒤를 이어 더 가까운 항성계의 행성들을 조사하기 시작했다.

특히 2017년 발견된 트라피스트-1(TRAPPIST-1) 항성계는 단일 항성 주변에서 여러 개의 지구 크기 암석형 행성이 거주가능영역 내에 존재한다는 점에서 외계 생명체 탐색의 새로운 이정표가 됐다. 2021년 발사된 제임스 웹 우주망원경(JWST)의 등장으로 이제 이 행성들의 대기 성분을 직접 분석할 수 있는 시대가 열렸다.

이번 연구는 이러한 축적된 데이터와 기술을 바탕으로, 한정된 관측 자원을 가장 효율적으로 배분하기 위한 전략적 가이드라인을 제시한 것이다.

주목할 만한 후보 행성들

가장 주목받는 대상은 지구에서 약 40광년 떨어진 트라피스트-1 항성계다. 이 시스템에는 잠재적으로 거주 가능한 지구 크기의 암석형 행성이 여러 개 존재한다. 흥미롭게도 이 행성들은 조석 고정(Tidal Locking) 상태로, 한쪽 면은 영원한 낮, 반대쪽은 영원한 밤일 가능성이 높다. 그럼에도 트라피스트-1 e는 액체 상태의 물을 보유할 가능성이 가장 높은 후보 중 하나로 평가받는다.

또 다른 주목할 만한 대상은 약 48광년 거리의 LHS 1140 b다. 지구보다 밀도가 높고 질량이 5배 이상인 이 '슈퍼지구(Super-Earth)'는 물이 풍부한 해양 행성일 가능성이 제기된다.

가장 가까운 후보는 태양계에서 불과 4.25광년 떨어진 프록시마 센타우리 b(Proxima Centauri b)다. 가장 가까운 항성의 행성이라는 점에서 천문학자들의 관심이 높지만, 강렬한 항성 플레어가 대기를 벗겨낼 수 있다는 우려도 존재한다.

앞으로의 전망 [AI 분석]

이번 목록은 잠재적으로 거주 가능한 모든 세계의 총람이 아니라, 향후 연구를 위한 전략적 가이드로 기획됐다. 연구팀은 어떤 행성이 어떤 관측 기법에 가장 적합한지를 분류해, 제임스 웹 우주망원경과 같은 강력한 장비가 생물학적 특성, 즉 생명의 징후를 탐색하는 데 집중할 수 있도록 방향을 제시했다.

공동 저자이자 현재 샌프란시스코 주립대학교 대학원생인 길리스 로리(Gillis Lowry)는 "무엇이 생명체 존재 가능성을 높이는지 단언하기는 어렵지만, 어디를 봐야 하는지 파악하는 것이 첫 번째 핵심 단계"라며 "이 프로젝트의 목표는 '여기가 관측에 가장 좋은 타깃'이라고 제시하는 것"이라고 밝혔다.

차세대 관측소들이 가동되면서, 이 45개 세계에 대한 향후 관측은 과학자들을 지구 밖 생명체 존재 여부를 판단하는 데 그 어느 때보다 가까이 데려갈 가능성이 높다. 특히 제임스 웹 우주망원경이 트라피스트-1 행성들의 대기 분석 결과를 본격적으로 발표하기 시작하면, 외계 생명체에 대한 논의는 추측의 영역에서 실증의 영역으로 전환될 수 있을 것으로 전망된다.